Какое напряжение в квадрокоптере

Часть 3. Все об аккумуляторах для квадрокоптеров

Аккумулятор — одна из важнейших частей коптера. В этой статье речь пойдет о том, как выбрать, заряжать и использовать специализированные
аккумуляторы для коптеров и о том, что необходимо для долгой и безопасной службы.

Особенности аккумуляторов для коптеров

Двигатели квадрокоптера в зависимости от размера могут потреблять значительные токи. На нашем коптере суммарный ток может достигать 100А при наборе высоты. С другой стороны вес аккумулятора должен быть как можно меньше и не получится взять в полет аккумулятор большой емкости. Следовательно основным требованием к аккумуляторам является высокая токоотдача. И наилучшими характеристиками с этой точки зрения обладают литий-полимерные аккумуляторы. Для нашего, относительно большого коптера с диагональю 600мм, мы купили аккумуляторы на 2200 и 3000мА.

Характеристики LiPo аккумуляторов

• Емкость. Записывается в ампер-часах. Это такой ток который до полного разряда может выдавать аккумулятор в течении часа. Например, если емкость аккумулятора 3А/ч, то значит он может в течении одного часа выдавать ток 3А. При токе 1А его хватит на 3 часа, а при токе 30А он разрядится за 6 минут.
• Максимальный разрядный ток. Указывается во сколько максимальный разрядный ток превышает емкость. Например значение «30-40C» для аккумулятора с емкостью 3А/ч означает, что он кратковременно может выдавать ток 90-120А. Естественно, при выборе аккумулятора необходимо руководствоваться меньшим значением.
• Напряжение. Зависит от количества «банок» или ячеек аккумулятора. Напряжение одной ячейки LiPo аккумулятора составляет порядка 3,7В. Соответственно, чем больше ячеек, тем больше напряжение. Соединяя аккумуляторы последовательно можно набрать достаточно большое напряжение, как это делают, например, в электровелосипедах.

Кроме перечисленных достоинств LiPo-аккумуляторы обладают низким саморазрядом, отсутствие эффекта памяти, большой диапазон рабочих температур и малый перепад напряжения по мере разряда. К недостаткам можно отнести не самую высокую плотность заряда, малое количество рабочих циклов и пожароопасность. Кроме того для заряда LiPo-аккумуляторов, состоящих из нескольких ячеек необходимо применять специальные зарядные устройства, обеспечивающие равномерный заряд ячеек.

Зарядка LiPo-аккумуляторов

Для зарядки придется обзавестись специальным зарядным устройством. Мы купили свое на сайте HobbyKing. Практически все модели питаются не от сети, а от постоянного напряжения 12В. Такой блок питания можно заказать там же, но мы предпочли приобрести блок питания от Mean Well NES-100-12. Зарядник мы объединили с блоком питания навсегда.

Зарядник LiPo-аккумуляторов с блоком питания

Особенность этого зарядного устройства в том, что он умеет делать балансировку ячеек аккумулятора. То есть аккумулятор подключается к нему не только силовым разъемом, но и дополнительным балансировочным разъемом на который выведены все ячейки по отдельности. Это дает возможность заряжать все ячейки равномерно, что дает одинаковое распределение нагрузки на банки аккумулятора в процессе эксплуатации.
Помимо LiPo, это зарядное устройство умеет заряжать все основные типы аккумуляторов (я, например, заряжал им автомобильный аккумулятор), а также измерять внутреннее сопротивление и проводить цикл измерения емкости. В последнем случае он полностью разряжает и заряжает аккумулятор и выдает информацию о том, какой реальной емкостью обладает батарея.
Сделан зарядник достаточно добротно. Особенно меня удивила система его охлаждения. Кулер в нем обдувает непосредственно выходные клеммы к которым подводится тепло.

Зарядное устройство в разобранном виде

Также мы сняли видео о том, как заряжать LiPo-аккумулятор:

Применение LiPo-аккумуляторов

Для подключения аккумуляторов используют специальные коннекторы. Диаметр пистонов в них 4мм и они дополнительно подпружинены для обеспечения большой площади контакта. Еще для подключения используют специальные провода в силиконовой изоляции, которая способна выдерживать высокие температуры.

Рекомендуем вам купить ответные части разъемов к аккумуляторам и, по-возможности, силиконовых проводов для коммутации.
Одной из причин выхода из строя аккумулятора может быть сильный разряд одной из ячейки. Очень часто полетные контроллеры или регуляторы оборотов имеют функцию контроля напряжения аккумулятора, но они измеряют напряжение на аккумуляторе и не контролируют каждую конкретную ячейку. Во избежание разбалансировки лучше использовать специальные тестеры:

Они осуществляют индикацию напряжения на каждой банке, а в случае сильного разряда одной из них издают громкий звуковой сигнал. Они подключаются к аккумулятору и летают вместе с ним.
А вот такой несложный тестер можно собрать самостоятельно.

Меры предосторожности

На YouTube можно найти много видео о том, что произойдет, если проколоть LiPo-аккумулятор. Если вы не хотите, чтобы после неудачного падения аккумулятор «заживо» сжег весь коптер обязательно надо позаботиться о механической защите батареи. Например, можно купить для своего аккумулятора специальную оболочку из силикона.
Также нужно аккуратно относиться к хранению аккумуляторов. В продаже можно найти огнеупорные мешочки для них.
Ссылки на остальные части цикла статей о квадрокоптерах:
Часть 1. Что такое квадрокоптер
Часть 2. Элементы квадрокоптера
Часть 4. Рама квадрокоптера
Часть 5. Подсветка коптера
Часть 6. Подключение элементов квадрокоптера
Часть 7. Настройка пульта Turnigy9x для коптера
Часть 8. Настройка регуляторов оборотов бесколлекторного двигателя
Часть 9. Настройка полетного контроллера DJI NAZA
Часть 10. Гиростабилизированный подвес для камеры SJ4000

Источник

Напряжение аккумулятора квадрокоптера. До какого значения можно разряжать? Эксперимент

В этой статье будет рассказано о том, до какого значения можно разрядить аккумулятор квадрокоптера и какие могут быть последствия, если сильно разрядить аккумулятор дрона. Обычный способ поддержания нужного заряда во время полета — это использовать какую-нибудь сигнализацию, например, пищалку на квадрокоптере или сигнализацию через пульт управления. В этой статье я объясню до какого значения лучше всего настроить сигнализацию низкого заряда батареи и расскажу о последствиях разряда аккумуляторов до низкого значения, проведя личный эксперимент.

Если вы уже используете сигнализацию о низком заряде на своём квадрокоптере, да и знаете до какого уровня ее настроить, то всё равно рекомендую прочитать эту статью, так как я провел интересный эксперимент.

Эксперимент

Суть эксперимента — снизить напряжение аккумулятора до критических пределов. Как правило все этого стараются избежать, чтобы продлить жизнь и здоровье батареи. Я решил узнать о контрольных критических точках минимального напряжения батареи и что будет, если их превысить.

Эксперимент я проводил таким образом: взял 3 одинаковых аккумулятора Lipo 4s, на одном отлетал до 3,5v на одну банку, на втором до 3,4v на банку и на третьем аккумуляторе до 3,2v на банку. Во время полета измерял напряжение через контроллер полета посредством передачи данных по телеметрии в мой taranis. Также запрограммировал таранис так, чтобы он сигнализировал в момент достижения этих значений.
Записал время полета, общее напряжение, температуру батареи после каждого полета.

Рекомендуется разряжать аккумулятор в полёте до 3,5 вольт на банку для того, чтобы был запас для приземления. Если у вас аккумулятор lipo 4s, то общее напряжение аккумулятора будет равно 14v.

Начну сразу с разряда до 3,2 вольта, так как разряд до 3,5 и 3,4 это обычное дело, там ничего интересного нет. И так, разряд аккумулятора до 3,2v на банку в полёте вызывает повышенную нагрузку на батарею и приближает её к непоправимым изменениям. Ну по крайней мере так везде написано. Но это значение не совсем точное, так как батарея со временем стареет и деградирует, у неё увеличивается внутреннее сопротивление, всё это приводит к тому, что через год-два использования, батарея может выйти из строя уже на 3,3 вольта на банку.

Анализ данных эксперимента

Первый полёт в этом эксперименте был с установленной сигнализаций на 3,2v на банку. В момент когда сработала пищалка в таранисе, я только хотел начать снижение, но понял, что ничего не выйдет. В результате просто не хватило энергии, чтобы вернуть квадрокоптер на место взлета для мягкой посадки, он упал прямо там где и был. По телеметрии я видел, что напряжение батареи продолжает падать — 3v, 2,9v, 2,7v. Это очень плохо. Камера и радиооборудование не отключились, а продолжали потреблять последние остатки энергии аккумулятора.

Напряжение продолжало падать: 2,5v, 2,2v на банку. В этот момент я очень торопился скорее найти квадрокоптер и отключить батарею, так как это были совсем уж низкие показания. Как только я его нашел, сразу отключил от дрона, положил в кейс и вообще относился к нему с особой осторожностью. Последние напряжение, которое я видел по телеметрии — 1,8v на банку, всего 7,2v на весь 4S аккумулятор, учитывая всю информацию, что когда-либо я читал, было совершенно понятно, что этот аккумулятор сдох и больше не заработает. Через совсем небольшое время после отсоединения, напряжение у аккумулятора немного подскочило вверх и стало 10,8v — это 2,70v на банку, тогда как общепринято, что 3 вольта это точка невозврата для аккумулятора.

Аккумулятор после эксперимента с разрядом

Аккумулятор после такого эксперимента я отнёс домой и положил его немного стабилизироваться и «отдохнуть» в течение нескольких часов. После того, как прошло 3 часа, я еще раз проверил напряжение. Удивительно, но он восстановился до 12,8v — это 3,2v на банку, обычно батарея восстанавливает несколько десятых вольт в покое, но это было довольно значительным увеличением напряжения. Я поставил аккумулятор на зарядку. После того как он полностью зарядился, я еще раз проверил его напряжение, всё было точно также, как и в самом начале. Неужели он действительно остался целым и невредимым?

Продолжение эксперимента

Эксперимент продолжается и я пробую все же добить этот аккумулятор. Снова разряжаю аккумулятор до 3,2v на банку. Каждый раз, когда я достигал эту отметку, мой дрон падал на землю, но в этот раз я уже летал над самой землей, чтобы посадка была как можно мягче. Таким образом я разрядил аккумулятор еще 5 раз и все 5 раз мой дрон падал на землю во имя науки!
После разряда аккумулятора, я оставлял его в покое на несколько часов, чтобы он немного стабилизировался и восстановился, после чего ставил на зарядку. Как бы это удивительно не звучало, но с аккумулятором ничего не случилось! Никаких признаков деградации или износа не было. Между тем, другая батарея, где порог сигнализации был на 3,5v на банку, после полетов переводилась в режим хранения. Вот здесь интересный момент, в режиме хранения у аккумулятора менялось напряжение около 0,4v, то есть это напряжение становилось на 0,4 вольта выше, чем было после заряда. Потребовалось более 2 часов, чтобы снова сбалансировать напряжение. С первого дня, как эта батарея у меня появилась, она всегда хорошо заряжалась и почти никогда я ее не разряжал ниже 3,4v даже под нагрузкой, но она первая стала себя плохо проявлять и начала показывать признаки износа.

Неудача?

На этом этапе стало понятно, что я не получу точных данных из этого эксперимента. После 5 разряда я не стал продолжать этот эксперимент, так как это еще и опасно, аккумулятор при такой неадекватной эксплуатации может загореться, да и просто не хотелось добить его, раз он такой живучий.
На самом деле аккумуляторы каждого производителя ведут себя по-своему и каждый аккумулятор работает по-разному, несмотря на то, что на этикетках одинаковые характеристики. Даже аккумуляторы одного и того же производителя могут работать совершенно по-разному. Аккумулятор из моего эксперимента который не сдох и продолжает работать, может стать хорошей рекламой для этого бренда, но это тот же самый бренд как и у другой батареи, которая при казалось бы правильной эксплуатации начала деградировать и портиться.

Итоги эксперимента

Итогом стало то, что никогда не будет простого и точного ответа на вопрос — до какого значения можно разряжать аккумулятор. Как было видно из эксперимента выше, аккумулятор с правильной эксплуатацией начал выходить из строя быстрее, чем аккумулятор после жесткой разрядки менее 3 вольт на банку.
Очень сложно придерживаться границы низкого разряда аккумулятора, например, на 3,4 вольта, так как в режиме гонки или просто в акро режиме, часто бывают резкие перепады скорости и нагрузки. Напряжение постоянно прыгает вверх-вниз в зависимости от того, сколько газа вы даёте на пульте. В таких ситуациях бывает сложно определить, относится ли сигнал низкого разряда к сигналу, что пора приземляться, либо это просто просадки напряжения из-за резкой нагрузки. В итоге очень сложно посадить квадрокоптер с точным значением, например, 3,3 вольта. Взгляните на график записи с blackbox, могли бы вы точно решить, что пора приземляться, основываясь на конкретных результатах этого графика?

Напряжение аккумулятора, записанное в блекбоксе

Из-за больших перепадов напряжения во время полёта часто срабатывают пищалки на пульте и дроне, что батарея разряжена, на самом деле это не так. Некоторые полетные контролеры подают сигнал сразу по достижению конкретного значения напряжения, а некоторые ждут, чтобы это напряжение было какое-то время на одной точке и только тогда начнет пищать. Второй вариант придуман для того, чтобы сигнал разряда аккумулятора был более надежным и без ложных срабатываний.

Выводы

На основе эксперимента могу сказать одно — каждый должен самостоятельно решить, какое значение выставлять для сигнала низкого заряда. Это также зависит от того как вы летаете, как относитесь к риску, как относитесь к производительности и долговечности аккумуляторов, всё это влияет на то, какое значение вы поставите. Можно летать до самого последнего момента, пищалка только запищит — и все уже садитесь, а если опыта мало, то вам потребуется еще некоторое время, чтобы аккуратно приземлить дрон. Никто не сможет дать вам точный совет, какое напряжение выставить, потому что всё зависит от вашего стиля полётов. Сигнализация низкого напряжения на гоночных квадрокоптеров это всё равно не очень надежно так как из-за больших перепадов нагрузки пищалка может ложно срабатывать, просто следите за средними показаниями, а также рекомендую установить телеметрию, это такая маленькая плата OSD, которая будет выводить напряжение в шлем или очки.

Источник